科学家“重现”1909年电子电荷可量化实验 可通过毫米级标尺测量

原标题：科学家“重现”1909年电子电荷可量化实验 可通过毫米级标尺测量 来源：cnBeta.COM

来自哥德堡大学的科学家近日成功将悬浮液滴对单个电子的吸收过程放大数倍，是其肉眼可见并可以通过普通的毫米级别标尺进行测量。宇宙中的物质是由电子、质子和中子等基本粒子组成的。它们无处不在，但它们是如此之小，以至于人眼无法辨别它们。在上个世纪，物理学家通过不同的实验证明了这些粒子的存在，但在大多数情况下，对这些粒子的观察都是间接的。

电子也是这些基本粒子中的一种。1909 年，Robert Millikan 证明电子的电荷是可以量化的。换句话说，存在着一个最小的、不可分割的电荷量。他通过让数百个带电的液滴在电场中下落，然后对其运动进行统计分析，证明了电子的电荷是量化的。

哥德堡大学物理系博士哈维尔·马尔莫莱霍（Javier Marmolejo）表示：“现在我们通过使用激光使空气中的单个液滴悬浮起来，创造了这个经典实验的现代版本”。在这个实验中，电荷的量化首次直接可见，无需先进的设备或复杂的统计分析。

他表示：“我们用激光在一个强电场内困住一个水滴，并通过将其暴露在阿尔法辐射中来增加单个电子。这颗水滴每次吸收一个或几个电子都会进行量化的跳跃。通过使用一个单透镜放大液滴的图像，我们能够看到单个电子吸收的效果，并用一把尺子测量跳跃的幅度。每吸收一个电子，亮点就移动大约一毫米（见上面的动图）”。

这颗水滴的直径为29微米，大致相当于一根细的人类头发的厚度。尽管如此，它包含大约3.7 x1015个带负电的电子。他表示：“如果考虑到在已经有3700万个电子的液滴上增加一个电子的效果是可以用肉眼看到的，那么这一壮举是不可思议的”。

研究人员评论说，现在有可能 "看到单个电子的效果"，一个新的机会出现了，可以更好地向公众传播有关基本粒子的科学。

一个激光陷阱被用来使空气中的硅油液滴悬浮起来。该陷阱包括一个波长为532纳米的绿色激光，它被向上引导并被一个焦距为100毫米的透镜聚焦。焦点被放置在实验室中心的两个电极之间。这两个电极是平行的，相隔1毫米。一个29微米的液滴被丢入激光束中，在那里它被捕获。在两块板之间，施加了666V的电位差，产生了一个强电场。阿尔法辐射被引向几乎不带电的液滴，使其周围的空气电离。

当液滴获得或失去电荷时，电场施加的力发生变化，这反过来又改变了它的位置。这些效果被一个镜头放大了73倍，并投射到墙上。在这种放大倍数下，肉眼可以观察到液滴的微米级运动。一个普通的毫米尺被放在墙上，研究人员可以直接观察到水滴获得的电子数量，因为它每增加一个电子就会跳动大约1毫米。